楊麗茹1，張啟超1，鄒 濤1，馬 晴1，徐方維，郭 凱

(1.中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司輸氣管理處,四川 成都 610213；2.四川大學(xué)電氣工程學(xué)院,四川 成都 610065)

0 引 言

隨著中國能源形勢的不斷緊張和環(huán)境問題的突出，天然氣長距離輸氣管道工程越來越多[1]。壓氣站是天然氣長距離輸氣管道工程的重要組成部分，通過站內(nèi)壓縮機組對天然氣加壓實現(xiàn)天然氣遠(yuǎn)距離輸送。一旦發(fā)生壓縮機組停機，將會造成管網(wǎng)壓力降低，影響管網(wǎng)的正常輸氣任務(wù)，造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至影響某一區(qū)域的穩(wěn)定[2-3]。

某壓氣站投產(chǎn)后，先后多次發(fā)生因電壓暫降(石化行業(yè)又稱“晃電”)導(dǎo)致的壓縮機異常停機故障。其中，既有因高壓電網(wǎng)電壓暫降致使變頻器退出運行導(dǎo)致壓縮機組停機，也有因低壓輔助系統(tǒng)設(shè)備遭受電壓暫降發(fā)生故障導(dǎo)致的壓縮機組停機。針對壓氣站壓縮機組電壓暫降問題，現(xiàn)有研究主要集中于改變供電方式[4-5]、加裝補償設(shè)備[6-8]和改造用電設(shè)備[9-10]3個方面：1)改變供電方式是指通過輸電側(cè)進行改造，減少壓氣站的電壓暫降頻次。文獻[4]分析了壓氣站變電站供電方式、運行方式和負(fù)荷分配等對壓氣站供電可靠性的影響，提出了提高天然氣壓氣站供電系統(tǒng)可靠性的技術(shù)措施。文獻[5]提出了一種采用柔性直流配電技術(shù)供電的壓氣站供電方案，可以提高壓氣站供電系統(tǒng)的可靠性。但是柔性直流配電建設(shè)周期長、投資較大，且對于現(xiàn)有壓氣站直流配電改造難度大，難以應(yīng)用于實際。2)加裝補償設(shè)備是指在壓氣站供電系統(tǒng)中合適位置安裝電壓暫降治理裝置緩解電壓暫降造成的影響。文獻[6]設(shè)計了壓縮機組雙電源同期備自投裝置，發(fā)生電壓暫降時可以實現(xiàn)雙電源無縫切換。文獻[7]提出可以采用加裝快切裝置和動態(tài)電壓補償器(dynamic voltage restorer，DVR)來實現(xiàn)壓縮機組電壓暫降治理。文獻[8]提出可以加裝防晃電接觸器提升壓縮機組輔助系統(tǒng)的電壓暫降耐受能力。3)改造用電設(shè)備是指對壓縮機組的主要用電設(shè)備進行改造，提升設(shè)備的電壓暫降耐受能力。文獻[9]提出采用Z源逆變器來提高壓縮機組變頻器的電壓暫降耐受能力。文獻[10]提出可以通過啟用變頻器低電壓穿越功能來維持電壓暫降期間壓縮機組的正常運行。

現(xiàn)有文獻提出了一些壓氣站壓縮機組電壓暫降治理措施，但是沒有從壓氣站內(nèi)敏感設(shè)備電壓暫降耐受機理出發(fā)，分析壓氣站敏感設(shè)備及其連接關(guān)系與電壓暫降對壓氣站生產(chǎn)設(shè)備的影響。針對壓氣站電壓暫降特征水平與敏感設(shè)備耐受能力，下面提出合適的治理方案。

為了減少壓縮機組因電壓暫降停機次數(shù)，提高壓氣站電壓暫降治理水平，以某2個壓氣站為例，通過分析壓氣站電壓暫降特征水平與站內(nèi)敏感設(shè)備故障概率提出了壓氣站電壓暫降分級治理方案。首先，分析了壓氣站內(nèi)電壓暫降敏感設(shè)備類型、分布與連接關(guān)系；然后，分析了敏感設(shè)備電壓暫降耐受機理，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，基于核密度估計的方法擬合壓氣站的電壓暫降特征水平，結(jié)合敏感設(shè)備耐受能力，分析敏感設(shè)備對電壓暫降的兼容性；最后，根據(jù)壓氣站供用電設(shè)備特性提出有效的電壓暫降問題分層分級治理方案。

1 壓氣站電壓暫降敏感設(shè)備及其連接關(guān)系分析

1.1 壓氣站供用電設(shè)備分析

1.1.1 壓氣站供電系統(tǒng)

壓氣站變電站主要為站內(nèi)壓縮機組、輔助系統(tǒng)、低壓配電設(shè)施提供動力電源。以某2個壓氣站為例，分別記為T站與J站。T站電氣接線如圖1所示，35 kV變電站主要包含2條35 kV進線回路和3臺容量為10 MVA有載調(diào)壓油浸式變壓器。

圖1 壓氣站變電站T站電氣接線

2條35 kV進線通過3臺主變壓器降壓到3段10 kV母線。3段10 kV母線分別通過3條出線連接隔離變壓器，隔離變壓器二次側(cè)通過電纜接入變頻器，經(jīng)變頻器功率單元調(diào)制后引出6 kV饋線為電動機提供動力源，達(dá)到調(diào)頻變速的目的；另外10 kV I段和II段母線分別經(jīng)2臺廠區(qū)配電變壓器降壓到2段400 V母線，為站內(nèi)低壓電氣設(shè)備供電。

圖2 壓氣站變電站J站電氣接線

J站電氣接線如圖2所示，與T站供用電結(jié)構(gòu)相似，僅供電電壓等級不同，T站供電電壓等級為35 kV，J站供電電壓等級為110 kV。

1.1.2 壓氣站主要用電設(shè)備

2個壓氣站主要用電設(shè)備相同，主要包括6 kV電壓等級下的壓縮機組主系統(tǒng)設(shè)備和400 V電壓等級下的壓縮機組輔助設(shè)備。壓氣站主要用電設(shè)備如表1所示。主系統(tǒng)設(shè)備主要包括變頻裝置、壓縮機主電動機；壓縮機組輔助設(shè)備主要包括空壓機系統(tǒng)、壓縮機主電動機水冷系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)及后空冷機組。

表1 壓氣站主要用電設(shè)備

1.2 壓氣站敏感設(shè)備連接關(guān)系分析

1.2.1 壓氣站敏感設(shè)備分析

壓氣站壓縮機組使用到的電壓暫降敏感設(shè)備包括變頻器、可編程邏輯控制器(programmable logic controllers,PLC)、變頻電動機、電磁閥和部分異步電動機。當(dāng)壓氣站發(fā)生電壓暫降時，這些敏感設(shè)備會因電壓幅值的降低而停機或故障運行。

1)變頻器

主系統(tǒng)變頻器的功率單元是變頻裝置實現(xiàn)變頻調(diào)速輸出的重要結(jié)構(gòu)，額定容量為8.5 MVA，設(shè)置有欠電壓保護。壓氣站變頻器結(jié)構(gòu)如圖3所示。當(dāng)壓氣站10 kV母線發(fā)生電壓暫降而使輸入電壓低于0.9倍額定值時，將引起變頻裝置的欠電壓保護動作，使壓縮機組轉(zhuǎn)速下降或停機。

圖3 壓氣站變頻器結(jié)構(gòu)

2)PLC

PLC電源模塊遭受電壓暫降時，可能會使電源模塊輸出電壓減小或退出運行，會發(fā)生輸入模塊、輸出模塊或 CPU 因電源供電不足而出現(xiàn)錯誤或停止工作[11]。PLC電源模塊功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 PLC電源模塊結(jié)構(gòu)

發(fā)生電壓暫降時，輸入電壓減小，從而導(dǎo)致直流側(cè)的電容器C開始放電，直流側(cè)電壓降低，當(dāng)?shù)陀诰S持直流穩(wěn)壓器正常運行所需的最低電壓Umin時，使得PLC模塊出現(xiàn)錯誤或停止工作。

設(shè)電源模塊暫降期間所連接的負(fù)載為恒定功率P，U0為電源模塊正常運行時額定輸出電壓，Ut為暫降發(fā)生t秒后直流側(cè)電壓，則有

(1)

如果U0>Ut且Ut>Umin，則PLC仍可繼續(xù)正常運行一段時間；當(dāng)Ut=Umin時，則PLC可繼續(xù)正常運行的最大持續(xù)時間Tmax為

(2)

3)變頻電動機

對于壓氣站內(nèi)一般的變頻驅(qū)動電動機，如工藝后空冷風(fēng)機和變頻水冷泵電動機等，變頻調(diào)速器(variable-frequency devices,VFD)基本結(jié)構(gòu)如圖5所示，VFD由整流器、直流耦合環(huán)節(jié)、逆變器構(gòu)成。當(dāng)發(fā)生電壓暫降時，輸入端電壓突然降低，使得直流電容放電，觸發(fā)欠電壓保護跳閘。此外，電壓暫降發(fā)生后直流電容充電也可能會瞬時過電流保護，導(dǎo)致設(shè)備停機。VFD 保護措施主要包括欠壓保護和過流保護[11]。

圖5 VFD基本結(jié)構(gòu)

4)電磁閥

電壓暫降會導(dǎo)致電磁閥的電磁線圈磁能不足而脫扣，使得電磁閥誤動作。電磁閥的結(jié)構(gòu)原理如圖6所示，主要由動鐵芯、閥體、電磁線圈和恢復(fù)力彈簧組成。電磁線圈通電時，吸引動鐵芯動作帶動閥芯至相應(yīng)位置，控制氣體通過；電磁線圈斷電時，磁力消失，閥芯在恢復(fù)彈簧彈力的作用下復(fù)位，電磁閥關(guān)閉。電磁線圈雖然具有一定的磁儲能作用，但在電壓暫降期間，如果持續(xù)時間稍長，將使得電磁線圈提供的電磁力減小，不能抵消恢復(fù)彈簧彈力，從而導(dǎo)致電磁閥關(guān)閉。

圖6 直動式電磁閥基本結(jié)構(gòu)

小氣隙時接觸器內(nèi)瞬時電磁力可以表示為[12]

(3)

式中：Φ為瞬時磁通量；μ為空間磁導(dǎo)率；S為磁極的橫截面積。因此瞬時電磁力與瞬時磁通的平方值有關(guān)。設(shè)電磁線圈脫離所需的最小電磁力為Fm。此時瞬時磁通為

Φm=2μSFm

(4)

假定線圈自感是恒定的且對磁通占據(jù)主導(dǎo)地位，將Φm對時間進行微分，并與線圈的總匝數(shù)N相乘可近似獲得使電磁閥保持連通狀態(tài)的最小電壓Umin為

(5)

5)異步電動機

雖然異步電動機通常對電壓暫降不敏感，但因電壓暫降產(chǎn)生的許多其他因素會使電動機停運，如轉(zhuǎn)矩振蕩、機械涌流等，導(dǎo)致生產(chǎn)過程中斷。

1.2.2 敏感設(shè)備連接關(guān)系分析

壓氣站內(nèi)用電設(shè)備的電壓暫降耐受特性與設(shè)備間邏輯連接關(guān)系有關(guān)。合理刻畫壓縮機組生產(chǎn)過程下設(shè)備間的邏輯關(guān)系，是準(zhǔn)確描述和分析壓縮機組生產(chǎn)過程對電壓暫降耐受特性的前提。

1)主系統(tǒng)

在變頻驅(qū)動壓縮機運行這一過程中，隔離變壓器、變頻器功率單元與壓縮機主電動機構(gòu)成邏輯串聯(lián)關(guān)系，變頻器與壓縮機主電動機對電壓暫降的響應(yīng)存在先后次序。變頻器驅(qū)動壓縮機主電動機過程如圖7所示。

圖7 變頻器驅(qū)動壓縮機主電動機過程

2)輔助系統(tǒng)

以壓氣站輔助系統(tǒng)中的水冷系統(tǒng)為例，站內(nèi)的3套變頻裝置均配有水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)的電源分別由相應(yīng)壓縮機1UMDS柜提供，額定電壓為380 V。變頻水冷系統(tǒng)組成設(shè)備如圖8所示。變頻水冷過程的完成包括了2臺循環(huán)泵電動機、1個電磁閥、2個電動閥和6臺水冷風(fēng)機。當(dāng)發(fā)生電壓暫降時，交流接觸器、電動閥、電磁閥與水冷風(fēng)機均同時受到電壓暫降的影響，因此構(gòu)成并聯(lián)邏輯關(guān)系，任一設(shè)備的故障均會使變頻水冷系統(tǒng)受到干擾甚至過程中斷；2臺電動機經(jīng)交流接觸器接入電源，只有當(dāng)接觸器因電壓暫降失效跳閘時，電動機的供電才會中斷，因此交流接觸器與循環(huán)泵驅(qū)動電動機、交流接觸器與補水泵電動機構(gòu)成邏輯串聯(lián)關(guān)系。

圖8 變頻水冷系統(tǒng)組成設(shè)備

2 壓氣站的電壓暫降特征水平與敏感設(shè)備兼容性分析

2.1 壓氣站的電壓暫降特征水平分析

根據(jù)壓氣站內(nèi)電壓波動事件的記錄信息，得到壓氣站電壓暫降事件的頻次、持續(xù)時間、幅值的分布特點以及對壓縮機組運行的影響，是針對性治理電壓暫降問題的關(guān)鍵步驟之一。壓氣站T站和J站一年內(nèi)的電壓暫降特征分布分別如圖9和圖10所示。

圖9 壓氣站T站10 kV母線電壓暫降頻次

根據(jù)監(jiān)測得到的電壓暫降特征分布，基于核密度估計的方法對電壓暫降特征分布進行擬合，得到壓氣站接入點電壓暫降特征概率分布。

圖10 壓氣站J站10 kV母線電壓暫降頻次

設(shè)Ui和Ti分別為壓氣站第i次電壓暫降的幅值和持續(xù)時間，則壓氣站電壓暫降的幅值和持續(xù)時間的概率密度函數(shù)f(U)和f(T)為：

(6)

(7)

式中：h為帶寬；n為監(jiān)測到的電壓暫降次數(shù)；K(x)為高斯核函數(shù)。

(8)

當(dāng)采用高斯核函數(shù)時，使核密度估計結(jié)果與未知密度函數(shù)最接近的最優(yōu)帶寬為

h=1.06σn-0.2

(9)

式中，σ為電壓暫降樣本幅值或持續(xù)時間的標(biāo)準(zhǔn)差[13]。

分別對一年內(nèi)壓氣站T站的8次和J站的14次電壓暫降樣本進行處理，壓氣站10 kV母線電壓暫降特征概率分布如圖11所示。

圖11 壓氣站10 kV母線電壓暫降特征概率分布

如圖11所示，T站的電壓暫降幅值大多分布在0.5～0.6倍額定值，持續(xù)時間大多分布在50～200 ms；J站電壓暫降事件的暫降幅值分布在0.5～0.9倍額定值區(qū)間，多數(shù)電壓暫降事件分布在20～200 ms區(qū)間。相較于J站，T站的電壓暫降較為嚴(yán)重，所發(fā)生電壓暫降多為深度暫降，且發(fā)生過空壓機、潤滑油泵電機等低壓用電設(shè)備停機的情況。造成這一情況的原因，主要為T站的供電電壓等級為35 kV,接入?yún)^(qū)域配電網(wǎng)系統(tǒng)；而J站供電電壓等級為110 kV，且為專線供電，上游變電站為220 kV主網(wǎng)變電站，短路故障發(fā)生概率小。因此，J站電壓暫降水平要優(yōu)于T站。

2.2 敏感設(shè)備兼容性分析

根據(jù)2.1節(jié)獲得的電壓暫降特征水平分析壓氣站內(nèi)電壓暫降敏感設(shè)備的兼容性。評估電壓暫降對各用電設(shè)備的影響，確定電壓暫降發(fā)生時設(shè)備運行狀態(tài)的變化情況，為電壓暫降治理方案制定提供各設(shè)備的補償裕度。

2.2.1 壓氣站敏感設(shè)備耐受能力

壓氣站變頻驅(qū)動控制系統(tǒng)設(shè)置有變頻器輸入欠電壓保護，閾值為0.9 pu，其耐受特性曲線如圖12所示，當(dāng)壓氣站10 kV母線因電壓暫降導(dǎo)致變頻器輸入電壓低于此閾值時，壓縮機組將降低轉(zhuǎn)速或聯(lián)鎖停機。

圖12 壓氣站主變頻器電壓耐受曲線

對于壓縮機組輔助系統(tǒng)敏感設(shè)備而言，不同于主變頻器的閉鎖條件設(shè)置，這些低壓敏感設(shè)備的耐受曲線上存在不確定區(qū)域，當(dāng)電壓暫降事件處于不確定區(qū)域時，其耐受特性將存在模糊性，設(shè)備運行狀態(tài)的改變情況將以概率形式出現(xiàn)。并且由于輔助系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測不夠全面，而輔助系統(tǒng)設(shè)備停機也會影響壓縮機組的正常運行，因此需要評估輔助系統(tǒng)設(shè)備電壓暫降的影響程度，確定輔助系統(tǒng)設(shè)備電壓暫降治理范圍。

將輔助系統(tǒng)敏感設(shè)備耐受曲線的不確定區(qū)域劃分為3個子區(qū)域，如圖13所示，提出2個假設(shè):1)發(fā)生電壓暫降時，暫降幅值和暫降持續(xù)時間是兩個獨立的隨機變量；2)發(fā)生電壓暫降時,暫降幅值或持續(xù)時間若位于限值之外，設(shè)備故障率僅與另一個因素有關(guān)。

在圖13中，Umax和Umin分別為電壓暫降幅值耐受范圍的最大值和最小值；Tmax和Tmin分別為電壓暫降持續(xù)時間耐受范圍的最大值和最小值。電壓暫降敏感設(shè)備的運行狀態(tài)在耐受曲線上可分為正常運行區(qū)域、故障區(qū)域和不確定區(qū)域。曲線1的外部區(qū)域(U>Umax,TTmax)為設(shè)備故障區(qū)域；曲線1和曲線2之間為設(shè)備運行不確定區(qū)域，包括A區(qū)域(UminTmax)3個部分。

圖13 敏感設(shè)備耐受曲線

根據(jù)同類型設(shè)備的耐受特性測試結(jié)果，壓縮機組輔助系統(tǒng)主要敏感設(shè)備的耐受范圍限值Umax、Umin、Tmax和Tmin見表2。

表2 壓氣站敏感設(shè)備的耐受范圍限值

2.2.2 壓氣站敏感設(shè)備故障概率

對于敏感設(shè)備，故障率取決于電壓暫降能量損失的大小。因此參考能量損失公式[14]，按暫降所處不確定區(qū)域，敏感設(shè)備故障率P可計算為：

(10)

(11)

(12)

綜上所述，故障率的計算步驟為：1)根據(jù)暫降的幅值和持續(xù)時間，確定暫降位于哪個區(qū)域；2)當(dāng)暫降處于正常運行區(qū)域或故障區(qū)域時，故障率分別為0或1；3)若暫降處于不確定區(qū)域，則需根據(jù)式(10)、式(11)或式(12)計算相應(yīng)的故障率。

根據(jù)壓氣站電壓暫降監(jiān)測結(jié)果，2個站輔助系統(tǒng)敏感設(shè)備年故障次數(shù)如圖14所示。

圖14 敏感設(shè)備年故障次數(shù)

對于壓氣站T站，由于電壓暫降幅值較低，對設(shè)備造成的影響較為嚴(yán)重，因此，需要對輔助系統(tǒng)敏感設(shè)備中的PLC、變頻電動機和電磁閥均采用相應(yīng)的治理措施，同時需要在400 V母線上加裝電壓暫降治理裝置，對整個輔助系統(tǒng)進行治理。而對于J站，則僅需針對PLC設(shè)備進行治理，由于PLC設(shè)備容量較小，故可采用不間斷電源(uninterruptible power supply，UPS)進行電壓暫降治理。

3 壓氣站的電壓暫降治理措施

3.1 案例分析

以2020年6月18日壓氣站T站發(fā)生的一次因電壓暫降導(dǎo)致壓縮機組停機的事件為例。由于壓氣站變電站上游的110 kV變電站母線電壓波動，電壓暫降經(jīng)35 kV進線2傳導(dǎo)至壓氣站變電站T站。

圖15 壓氣站電壓暫降影響范圍

壓氣站電壓暫降影響范圍如圖15所示。由于電壓暫降在變壓器中的單向傳遞特性[17]，即電壓暫降只能從高壓側(cè)傳導(dǎo)至低壓側(cè)，無法反向傳導(dǎo)，因此35 kVⅡ段母線電壓暫降經(jīng)過站內(nèi)2號、3號主變壓器，同時使10 kVⅡ段、Ⅲ段母線發(fā)生電壓暫降，電壓幅值跌落至0.6 pu左右，并持續(xù)了大約23個周波。2號變頻器與3號變頻器均因電壓暫降觸發(fā)了輸入欠電壓保護。2號變頻器報警未停機，3號變頻器因此次電壓暫降報警并停機，同時引起了站內(nèi)400 VⅠ段、Ⅱ段母線電壓暫降。雖然，400 VⅠ段母線暫降，但是無法通過1號廠用變壓器傳導(dǎo)至10 kVⅠ段側(cè)。

此次暫降造成3號壓縮機組輔助設(shè)備中2號潤滑油泵電動機停機，3臺后空冷風(fēng)機電動機和3臺空壓機停機。10 kVⅡ段、Ⅲ段母線電壓波動情況見圖16，10 kVⅠ段母線運行正常。

圖16 10 kVⅡ段、Ⅲ段母線電壓波動情況

此次電壓暫降事件造成了壓氣站主系統(tǒng)變頻器停機，輔助系統(tǒng)中大面積設(shè)備停機，從停機至恢復(fù)正常運行耗時2 h，嚴(yán)重影響了壓氣站的正常輸氣任務(wù)。

3.2 壓氣站電壓暫降分層分級治理方案

為了有效地治理壓氣站電壓暫降問題，根據(jù)壓氣站電壓暫降水平，提出壓氣站電壓暫降分層分級治理方案，如圖17所示，方案包括場站級治理、主系統(tǒng)級變頻器治理和輔助系統(tǒng)級治理3個部分。

圖17 壓氣站電壓暫降分層分級治理方案

場站級治理通常采用快切裝置，即在10 kV母線側(cè)加裝固態(tài)切換開關(guān)裝置(solid state transfer switch，SSTS)來實現(xiàn)；主系統(tǒng)級變頻器治理采用更改變頻器閉鎖條件實現(xiàn)；輔助系統(tǒng)級治理采用加裝電壓暫降治理裝置實現(xiàn)。

3.3 加裝固態(tài)切換開關(guān)裝置

由于壓氣站均采用兩回獨立進線供電，當(dāng)其中一回進線發(fā)生電壓暫降時，可通過SSTS切換裝置切換至另一回進線?；诰чl管投切控制的SSTS能快速地將敏感負(fù)荷由故障常用電源切換至備用電源，并在故障恢復(fù)時將負(fù)荷切換回常用電源[16]。

如3.1節(jié)中的案例所示，由于進線2的影響，壓氣站10 kVⅡ段、Ⅲ段母線發(fā)生電壓暫降，但10 kVⅠ段母線運行正常。因此，可以通過SSTS切換裝置將10 kVⅡ段、Ⅲ段母線切換至進線1。

SSTS安裝后正常運行時斷路器位置如圖18所示。正常運行時，10 kV母線各自的斷路器閉合，Ⅰ 段和 Ⅱ 段母線間的04母聯(lián)斷路器斷開。當(dāng)35 kV Ⅱ 段母線發(fā)生電壓暫降時，35 kV Ⅱ 段母線發(fā)生電壓暫降時開關(guān)位置如圖19所示，10 kV Ⅱ段、Ⅲ段母線02、03斷路器斷開，Ⅰ段和Ⅱ段母線間的04母聯(lián)斷路器閉合，10 kV Ⅱ段和Ⅲ段母線切換至進線1供電。

圖18 正常運行時斷路器位置

圖19 35 kV Ⅱ段母線發(fā)生電壓暫降時斷路器位置

對壓縮機組進行建模仿真以驗證治理方案的有效性，電壓暫降幅值設(shè)置為0.6 pu，持續(xù)時間為400 ms。通過分析安裝SSTS前后暫降期間的壓縮機組轉(zhuǎn)速變化情況仿真驗證治理方案的有效性，治理前后壓縮機轉(zhuǎn)速rw如圖20所示。

根據(jù)圖20所示，安裝SSTS后壓縮機組轉(zhuǎn)速可以維持在一個較為穩(wěn)定的運行狀態(tài)，通過安裝SSTS可以保護壓縮機組主系統(tǒng)不受電壓暫降影響。

圖20 治理前后壓縮機組轉(zhuǎn)速

3.4 更改變頻器閉鎖條件

由于壓縮機組主系統(tǒng)變頻器功率較大，無法通過儲能類電壓暫降治理裝置進行治理。并且，通常電壓暫降的持續(xù)時間較短，而變頻器具有一定的低電壓穿越能力，在發(fā)生幅值較高的電壓暫降時，可以適當(dāng)減小變頻器的輸出功率，使壓縮機組轉(zhuǎn)速下降。由于存在壓縮機組轉(zhuǎn)動慣量，此時能量由電動機反饋至變頻器直流母線上，使直流母線電壓維持在正常工作范圍內(nèi)不致變頻器跳閘，電網(wǎng)電壓恢復(fù)后變頻器也恢復(fù)至正常運行狀態(tài)。

電壓暫降設(shè)置與圖20相同，調(diào)整變頻器的閉鎖條件前后的壓縮機轉(zhuǎn)速rw如圖21所示。

圖21 調(diào)整變頻器的閉鎖條件后壓縮機轉(zhuǎn)速

由圖21可知，調(diào)整變頻器的閉鎖條件后，壓縮機組轉(zhuǎn)速雖然在電壓暫降期間仍有波動，但相較于原閉鎖條件，轉(zhuǎn)速可以維持在一個較為穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

3.5 輔助系統(tǒng)加裝電壓暫降治理裝置

輔助系統(tǒng)中的敏感設(shè)備由于功率較小，且輔助設(shè)備停機也會對壓縮機組正常運行造成影響，因此，可采用在400 V母線上安裝電壓暫降治理裝置來維持供電穩(wěn)定。由于DVR具有響應(yīng)快、效率高的特點，是目前較為常用的電壓暫降治理裝置[18]。因此，可以在壓氣站400 V母線上串聯(lián)DVR，在電網(wǎng)發(fā)生電壓暫降時，DVR將自動輸出一個差值電壓，來補償電網(wǎng)電壓的降落，確保輔助系統(tǒng)負(fù)荷供電穩(wěn)定。

3.6 其他措施

此外，還可通過對電網(wǎng)側(cè)進行改造，包括更換電纜供電、定期清理架空線附近異物、定期清洗絕緣子降低污閃率、定期進行設(shè)備檢修降低設(shè)備故障率和配電網(wǎng)小電阻接地改造等來減少電壓暫降發(fā)生，從而緩解電壓暫降對壓氣站的影響。

4 結(jié) 論

上面分析了2個壓氣站的電壓暫降特征水平與敏感設(shè)備故障概率，并提出了有效的電壓暫降分級治理方案。所提分級方案針對壓氣站不同電壓等級用電設(shè)備，可以改善壓氣站電能質(zhì)量水平，緩解電壓暫降對壓氣站生產(chǎn)運行的影響。